Teses - Engenharia Mecânica - FEB

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https://hdl.handle.net/11449/77053

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Stents bioabsorvíveis para tratamento de coarctação da aorta em crianças: simulação numérica utilizando elementos finitos
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-07-14) Santos, Flávio José dos; Sousa, Edson Antônio Capello [UNESP]; Andrade, Aron José Pazin de; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Stents vêm sendo utilizados para o tratamento de Coarctação da Aorta (CoA), que é uma estricção da artéria, impedindo parcialmente a passagem do sangue. Sua correção é geralmente feita através de cirurgia ou com a utilização de stents metálicos, os quais se tornam um problema em crianças, pois, devido ao seu crescimento, novas cirurgias ou novas dilatações do stent se fazem necessárias. Novas cirurgias trazem novos riscos à criança e a dilatação do stent só é possível até um determinado diâmetro. Assim, a utilização de stents bioabsorvíveis surge como uma possibilidade para o tratamento de CoA, visto que estes dispositivos permanecem temporariamente no corpo do paciente e depois são degradados. Por se tratar de materiais geralmente poliméricos com baixa rigidez, baixo módulo de elasticidade, e da artéria aorta com grande diâmetro, a simulação numérica e computacional através de elementos finitos envolve grandes deformações e alto grau de não-linearidade, o que torna a simulação bastante complexa. Esta pesquisa teve como objetivo desenvolver um modelo em elementos finitos para avaliar a performance de três geometrias propostas pela Fundação Adib Jatene, associada ao Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia utilizando-se um material bioabsorvível polimérico, PLLA (PLLA: Poly-L-Lactide Acid). Foram desenvolvidos ao todo cinco modelos principais em elementos finitos e foi apresentado um método inovador para validar as simulações realizadas, através de testes customizados de ensaio de tração. Pôde-se constatar que o encurtamento, foreshortening, das geometrias dos stents apresentaram resultados muito promissores, abaixo de 3%, enquanto o recuo elástico, recoil, apresentou resultados elevados. Apesar disso, verificou-se que o recoil diminui a medida em que o diâmetro máximo alcançado pelo stent aumenta. Foi realizado a simulação do ensaio de dobramento em três pontos para as geometrias finais e verificou-se que as diferentes geometrias obtiveram curvas força versus deflexão diferentes. Também foi verificado que o processo de crimpagem possui pouca influência no padrão de distribuição de tensões no stent e na aorta. No trabalho foram avaliados dois modelos hiperelásticos da aorta disponíveis na literatura, um modelo de Mooney-Rivlin e outro de Yeoh. Foi visto que os dois modelos apresentaram rigidezes diferentes, que influenciaram a performance do stent em termos de recoil. Por fim, conclui-se que o método de elementos finitos é uma ferramenta poderosa para avaliar virtualmente as geometrias propostas do stent, poupando tempo e recursos.
Comparação entre diferentes rebolos aplicados no processo de retificação utilizando lubrirrefrigeração sustentável
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-07-07) Sato, Bruno Kenta; Lopes, José Claudio [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A Mínima Quantidade de Lubrificante (MQL) foi desenvolvida para possibilitar a implementação da sustentabilidade nos processos de usinagem. No presente estudo parâmetros como: vazão de fluido de corte, tipo de rebolo e o sistema de limpeza da superfície de corte do rebolo serão avaliados para atingir o melhor desempenho da técnica de MQL no processo de retificação. A comparação entre rebolos superabrasivo (CBN) e convencional (Al2O3), variação da vazão do fluido de corte (30 ml/h, 60 ml/h e 120 ml/h) e a utilização do sistema de limpeza será feita com base nos parâmetros de saída: rugosidade superficial, erro de circularidade, desgaste diametral do rebolo, análise confocal da superfície retificada, potência da retificação, emissão acústica e microscopia ótica. De forma inovadora, esse estudo apresenta o cálculo de custo por peça e a emissão de CO2 por peça retificada para as diferentes condições analisadas. Em todos os parâmetros analisados o desempenho do rebolo de CBN foi superior ao rebolo de Al¬2O3, apresentando, em média, rugosidade superficial 29% e um desvio de circularidade 9% menores em comparação com o rebolo de Al2O3. Além disso, o desgaste do rebolo de CBN foi 127% menor, a emissão acústica 42% menor e a potência 13% menor em relação ao rebolo convencional. No entanto, o custo por peça apresentado pelo rebolo de Al2O3 é significativamente menor em comparação ao rebolo de CBN, independentemente do método de lubrirrefrigeração utilizado. O custo da retificação utilizando MQL foi em média 72% menor ao utilizar o rebolo de Al2O3. Além disso, o custo ao utilizar a refrigeração convencional foi 7% mais caro quando o rebolo de CBN foi utilizado.
Aplicação da técnica híbrida de MQL com limpeza da superfície de corte do rebolo para uma produção mais limpa e verde
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-04-18) Rodriguez, Rafael Lemes; Lopes, José Claudio [UNESP]; Bianchi, Eduardo Carlos [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Soluções com maior ecoeficiência têm sido cada vez mais propostas por pesquisadores e pelo setor industrial em todo o mundo nos últimos anos, a fim de tornar os sistemas de fabricação mais verdes e limpos. Essa ação está relacionada ao alerta global sobre a geração de gases de efeito estufa, como o CO2, conforme informado pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change). Uma das questões de maior risco ambiental no processo de usinagem é a aplicação de fluidos de corte, especialmente no processo de retificação em que os fluidos de corte são fundamentais para controlar a alta geração de calor e evitar queimas superficiais da peça e alterações microestruturais. A técnica da mínima quantidade de lubrificação (MQL) foi amplamente relatada na literatura como uma técnica de lubrirrefrigeração potencialmente alternativa à técnica convencional abundante. No entanto, o principal limitante da técnica de MQL na retificação está relacionado à geração do fenômeno de empastamento produzido por cavacos que se alojam na superfície do rebolo devido ao baixo volume de óleo aplicado por essa técnica e consequentemente à sua menor ação lubrirrefrigerante. A fim de propor melhorias à técnica MQL, aumentar sua eficiência, viabilizar e desenvolver uma técnica de lubrirrefrigeração potencialmente mais verde, este trabalho propõe e avalia a aplicação da técnica híbrida de MQL com limpeza da superfície de corte do rebolo (HMQL + WCJ, “Wheel Cleaning Jet”) que combina a aplicação óleo e água na proporção 1:5 no processo de retificação com rebolo de Al2O3 do aço AISI 4340. Esta técnica foi comparada com as técnicas convencional abundante e com a técnica de MQL com óleo puro e limpeza da superfície de corte do rebolo (PMQL + WCJ). Ambas as técnicas de MQL (híbrida e pura) foram testadas as vazões de 30, 60 e 120 mL/h. A técnica PMQL + WCJ produziu os piores resultados independente da vazão. A técnica HMQL + WCJ a 120 mL/h a maior vazão (120 mL/h) apresentou desempenho próximo à técnica convencional em termos de rugosidade superficial, microdureza, comportamento do empastamento na superfície do rebolo, desvio de forma da peça, potência consumida, geração de CO2 durante o processo e emissão acústica e desempenho superior em termos de relação G. Isso indica o potencial ecoeficiente desta técnica para ser amplamente empregada na indústria de manufatura e mitigar o impacto ambiental e a pegada de carbono.
Aplicação de diferentes métodos de lubrirrefrigeração com inibidores voláteis de corrosão na retificação de aço endurecido
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-02-24) Sales, Alan Rodrigo de; Lopes, José Claudio [UNESP]; Bianchi, Eduardo Carlos [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Em meio à atual busca por adequações dos processos produtivos em função da saúde humana e preservação do ambiente, sem renunciar à preocupação com os custos e a qualidade dos produtos, é preciso pesquisas a tentar novas técnicas de lubrirrefrigeração eficientes como alternativas às convencionais. Assim, busca-se técnicas modernas que possam substituí-las, nesse sentido, a técnica MQL (mínima quantidade de lubrificante) vem sendo uma alternativa pois utiliza baixo fluxo de óleo com ar em alta pressão, diminuindo a quantidade de resíduos gerados no processo. Assim este trabalho teve como objetivo comparar os métodos da lubrirrefrigeração com a aplicação dos fluidos com inibidores voláteis de corrosão (VCI) com fluido de corte base, utilizando métodos de lubrirrefrigeração convencional, MQL sem limpeza e MQL com limpeza da superfície de corte do rebolo (MQL+WCJ). Todos os métodos de lubrirrefrigeração foram aplicados na retificação de aço endurecido (ABNT 4340) com rebolo de óxido de alumínio. Os parâmetros de saída analisados foram: rugosidade média aritmética (Ra), desvio de circularidade, microdureza da peça, desgaste diametral do rebolo, emissão acústica e potência de retificação. As superfícies retificadas foram avaliadas por microscopias óptica e confocal, microscopia eletrônica de varredura. Não foram observados danos térmicos, microtrincas ou alterações microestruturais nas peças, independentemente do método de lubrirrefrigeração aplicado. Além disso, pode-se concluir que o uso de fluidos de corte com VCI evidenciaram os melhores resultados em comparação ao fluido de corte base.
Desenvolvimento de um sistema de secagem utilizando aquecimento solar
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-07-13) Predolin, Rodrigo Eduardo; Scalon, Vicente Luiz [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Muitos alimentos apresentam um acelerado processo de deterioração. Visando reduzir esta ve- locidade de deterioração, diversas técnicas de conservação foram desenvolvidas ao longo do tempo; como, por exemplo, o processo de desidratação de alimentos, que apresenta compara- tivamente uma alta eficácia. Os benefícios da desidratação dos alimentos são a preservação do produto e a redução do seu peso, que tem como consequência a redução no custo de transporte e no armazenamento, além de criar condições desfavoráveis para o desenvolvimento de micro- organismos. Com foco na desidratação de produtos, foi desenvolvido e analisado um secador solar indireto com convecção natural. O equipamento é composto por 3 partes principais: a placa absorvedora com 0,5 m2 de área superficial, a câmara de secagem e o duto de saída de gases, destacando que a placa absorvedora tem duas posições de trabalho. A análise do equi- pamento se utilizou de uma instrumentação, que foi constituída dos sensores de temperatura, umidade e pressão atmosférica, posicionados na entrada e na saída de ar no equipamento, além do anemômetro tipo turbina na saída de ar e a célula de carga na câmara de secagem para registrar a remoção da umidade, a qual é determinada também pelo balanço de massa realizado com os dados dos sensores na entrada e na saída do ar no equipamento. A análise térmica da placa absorvedora é realizada com a presença de 3 sensores de temperatura posicionados na face inferior da placa de forma espaçada ao longo de seu comprimento. Para visualizar o campo velocidade e temperatura no interior do equipamento, foi elaborada a simulação numérica, uti- lizando as dimensões reais do equipamento na geração da malha. Os dados registrados pelos sensores para o dia em análise no experimento foram utilizados como condições de contorno na simulação e a análise dos seus resultados ocorreram para a temperatura e vazão de ar na saída do equipamento, comparando os valores obtidos no experimento com a simulação. A alteração no posicionamento da placa absorvedora aumentou a taxa de remoção de umidade de 0,47 g/- min para 0,56 g/min e a remoção total de umidade ao londo do dia se alterou de 185 g para 220 g, com a eficiência térmica média diária se alterando de 8,5% para 19,8%.
Desempenho da lubrirrefrigeração por MQL e limpeza da superfície de corte do rebolo na retificação de ferro fundido nodular
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-05-18) Lopes, José Claudio; Bianchi, Carlos Eduardo [UNESP]; Sanchez, Luiz Eduardo de Angelo [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A aplicação de ferro fundido nodular austemperado na indústria tem ganho destaque devido sua elevada resistência mecânica e fácil manufatura. Além disso, devido sua elevada fluidez, é possível fundir peças com dimensões próximas à final. Tais componentes podem necessitar de elevada precisão geométrica e dimensional, podendo ser corrigidos a partir do processo de retificação. Nesse processo, utiliza-se rebolos com diferentes grãos abrasivos e vários níveis de friabilidade, podendo estes interferir significativamente na qualidade da peça. Além disso, a elevada geração de calor é uma característica intrínseca do processo de retificação, sendo necessário a utilização de técnicas para mitigar o efeito. A lubrirrefrigeração abundante é uma técnica que aplica de dezenas a centenas de litros de fluido de corte por minuto, mas possui um passivo trabalhista e ambiental questionável; em alternativa, tem-se a técnica de mínima quantidade de lubrificante (MQL), aplicando poucos mililitros por hora ao passo que respeita a política sustentável internacional, mas com o ônus de baixo poder de refrigeração. Vários estudos comprovaram que a adição de água aos fluidos de corte utilizados na técnica de MQL tendem a melhorar significativamente as variáveis de saída do processo, podendo ainda ser otimizado a partir da técnica de limpeza da superfície de corte do rebolo (WCJ), na qual a inserção de ar comprimido na superfície de corte do rebolo contribui para minimizar o fenômeno de empastamento. O objetivo desta pesquisa foi combinar os respectivos parâmetros citados e avaliar as diferentes variáveis de saída do processo, nas quais foram analisadas rugosidade média aritmética (Ra) e rugosidade média (Rz), desvios de circularidade, desgaste do rebolo, emissão acústica, energia específica de retificação e microdureza. Assim, este estudo foi idealizado a partir da escassez de conteúdos sobre a friabilidade de grãos abrasivos na retificação de ferro fundido nodular austemperado. Para tanto, foram utilizados dois rebolos, um com grãos abrasivos menos friáveis e outro com elevada friabilidade, comparando-os ainda com diferentes técnicas de lubrirrefrigeração combinadas à aplicação de limpeza da superfície de corte do rebolo. Concluiu-se que o rebolo com grãos abrasivos menos friáveis se mostrou mais eficiente quanto ao acabamento superficial das peças, visto que o MQL diluído combinado ao sistema de limpeza produziu resultados muito próximos ao método de lubrirrefrigeração abundante. Além disso, foi evidenciada uma perspectiva de produção eficiente, podendo catalogar o funcionamento dos rebolos. Ao mesmo tempo, a pesquisa pode estabelecer uma relação em favor de sua aplicação, associada a técnicas sustentáveis e não agressivas ao meio ambiente e à saúde do trabalhador.
Caracterização mecânica de ligas do sistema Ti-Zr para aplicação em implantes dentários
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-03-04) Macedo Filho, Vanderlei Guilherme de; Foschini, Cesar Renato [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Ligas de titânio são empregadas na fabricação de implantes na área biomédica devido suas propriedades como biocompatibilidade e resistência à corrosão em fluidos corpóreos, também boa resistência mecânica e baixo módulo de elasticidade. As ligas mais adequadas contém elementos em solução sólida que melhoram suas propriedades, além de diminuir sua temperatura de transformação de fase. O Zircônio quando adicionado ao Titânio, incrementa suas propriedades e atua como elemento estabilizador, além da vantagem de ser considerado neutro. Neste trabalho foram produzidas amostras de Ti-Zr com respectivamente 25, 50 e 75% em massa de Zr visando aplicações biomédicas. As ligas foram produzidas por fusão a arco em atmosfera inerte, conformadas mecanicamente por “Cold Swaging” e homogeneizadas. A caracterização de composição química e estrutural foram feitas por Espectroscopia de Energia Dispersiva e por ensaio de Difração de Raios X. As caracterizações Microestrutural e Mecânica foram realizadas por meio de Microscopia Ótica, Microscopia Eletrônica de Varredura e ensaio normalizado de Microdureza e Tração Uniaxial. Os resultados obtidos comprovam boa estequiometria e homogeneidade da liga. A análise estrutural indica a coexistência das fases α e α’ com estrutura cristalina hexagonal compacta. Os resultados obtidos indicam que concentrações de Zr até cerca de 50% em massa proporcionam aumento na resistência mecânica e pequena diminuição no módulo de elasticidade. A partir de 50% em massa, o Zr diminui a resistência mecânica do sistema e aumenta levemente o módulo de elasticidade. Para a concentração de 75% em massa não foi observado escoamento na ruptura. O módulo de elasticidade na amostra Ti-25Zr ficou em 101,5GPa, valor satisfatório para a aplicação em implantes.
Avaliação do fenômeno de sloshing em reservatórios de pulverizadores agrícolas utilizando uma análise numérica (CFD)
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2021-12-07) Micheli, Gustavo Barbosa; Scalon, Vicente Luiz [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
O fenômeno de sloshing de um líquido em reservatórios parcialmente cheios, causado por mudanças bruscas e repentinas de um veículo em movimento, pode impactar na integridade estrutural do reservatório e, ao mesmo tempo, na estabilidade dinâmica do veículo. No caso de pulverizadores agrícolas, os efeitos do fenômeno de sloshing no reservatório de calda de pesticidas são investigados nesse trabalho. Os mesmos ocorrem devido à desaceleração repentina da máquina, e foram analisados sob três níveis de enchimento, 25%, 50% e 75%. As distribuições de pressão na parede do reservatório ao longo do tempo foram avaliadas pelo uso de modelos multifásicos transientes (água e ar como gás ideal) com a consideração de superfície livre num modelo homogêneo. Foi possível verificar o comportamento das ondas de sloshing. A condição de enchimento de 75% da capacidade do reservatório foi a que gerou valores mais altos de pressão na parede do mesmo. A eficiência de dois arranjos com diferentes tipos de defletores verticais para reduzir a pressão de impacto foi numericamente investigada. A tensão de cisalhamento na parede inferior do reservatório com a inclusão desses arranjos propostos foi analisada utilizando modelos em regime permanente com agitação mecânica, considerando o reservatório totalmente cheio. A solução proposta composta por dois defletores verticais parciais e com um espaço entre eles foi a mais eficaz. Esse arranjo promoveu uma maior redução da pressão de impacto na parede do reservatório e outras instabilidades devido ao sloshing, e ao mesmo tempo manteve os resultados de agitação da calda no caso do reservatório sem os defletores.
On the dynamic behavior of mono-coupled continuous structures attached to nonlinear springs
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2021-08-05) Santo, Douglas Roca; Gonçalves, Paulo José Paupitz [UNESP]; Mencik, Jean-Mathieu; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
The use of the concept of periodicity has become an interesting solution for structural vibration reduction in many engineering applications. Structures built using the repetitive assembling of identical elements are called periodic structures, which can be used to achieve frequency regions where the propagating waves are highly attenuated, called attenuation zones. The objective of this work is to investigate the harmonic response of vibrating structures attached to nonlinear springs of the cubic type. The proposed analysis aims at investigating the effect of periodic local nonlinearities on the dynamic behavior and wave propagation properties in waveguide structures. In order to solve the nonlinear dynamic stiffness matrix problem, a closed-form solution using the methodology to solve polynomial equations is proposed. This yields a scalar polynomial equation, which is well suited for accurately computing the nonlinear receptance functions at some point in the structure considering a small number of unit cells. Alternatively, a method based on a perturbation approach is proposed to calculate the nonlinear frequency responses, resulting in a cubic matrix equation that can be solved numerically. It is found that the resonance peaks shift in frequency when compared to the use of linear springs, interesting features for the passive control of these structures. The effects of nonlinear springs on continuous mono-coupled periodic structures based on the concept of transmissibility of a single cell of finite structures are analyzed. Numerical simulations are carried out showing the influence of nonlinear springs over the structure bandgaps. The investigation showed that the vibration control in periodic structures can be improved by the use of nonlinear springs.
Estudo da viabilidade do emprego de microesferas de vidro em compósitos de resina poliéster insaturada com base em suas propriedades mecânicas, físicas e considerações econômicas
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2021-08-06) Baggio, Airton; Sanchez, Luiz Eduardo de Ângelo [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Neste trabalho pesquisou-se os efeitos da inclusão de microesferas ocas de vidro em compósitos a base de resina poliéster insaturada e fibra de vidro provenientes dos processos de transformação: Moldagem por contato manual “Hand lay-up”, moldagem por projeção simultânea “Spray-up” e moldagem por injeção de resina “Resin Transfer Moulding – RTM”. Estes processos normalmente utilizam as resinas poliésteres nas condições em que são fornecidas e, especificamente no processo de moldagem por injeção de resina “RTM” pratica-se a adição de aditivos minerais de carbonato de cálcio junto à resina com o propósito de aumentar a dureza e reduzir custo do compósito, com o agravante aumento da densidade do produto final. O estudo propõe a utilização de microesferas ocas de vidro junto a resina poliéster insaturada nos mesmos processos citados acima e a, substituição do aditivo mineral de carbonato de cálcio com o objetivo de obter as mesmas propriedades do material, sem o aumento da densidade no produto final. A pesquisa enumerou e analisou as características dos compósitos que se utilizam da inclusão de microesferas ocas de vidro em sua composição e comparou resultados com os compósitos produzidos pelos métodos convencionais atuais. Para isso, confeccionou-se amostras em compósitos incorporando-se o material proposto em porcentagens variadas e o mesmo foi realizado com o carbonato de cálcio. Usando esses materiais foram retirados corpos de prova que foram submetidos a ensaios físicos, mecânicos, térmicos, acústicos, analise na formação de sua estrutura por MEV e ensaios práticos operacionais. Os resultados obtidos da utilização de microesferas ocas de vidro incorporada na resina poliéster insaturada, conduzem para o surgimento de novos materiais sob a forma de compósitos e demonstram que suas características físico-mecânicas e operacionais, contribuem para o desenvolvimento de novas tecnologias neste segmento.
Fabricação de compósito cerâmico a base de zircônia com adição de nanotubos de carbono
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2021-07-23) Gerlin Neto, Vicente; Foschini, Cesar Renato [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A zircônia (ZrO2) se tornou uma cerâmica muito utilizada principalmente para implantes dentários e próteses tendo em vista sua alta dureza, resistência ao desgaste, biocompatibilidade e, principalmente, alta tenacidade à fratura quando comparada com diferentes cerâmicas, sendo a zircônia chamada até mesmo de ‘aço cerâmico’. Mesmo diante destas características, mudanças no corpo de zircônia são projetadas para aumentar ainda mais sua tenacidade à fratura, com adição de diferentes componentes em sua matriz cerâmica. Com isso, o objetivo desta tese é produzir um compósito com base de zircônia adicionando nanotubos de carbono à sua matriz (com 0; 0,5; 1,0; 1,5 e 2,0% em massa de nanotubos na matriz cerâmica) e estudar a influência destes nanotubos nas propriedades mecânicas dos corpos de zircônia. Os pós para produção dos compósitos foram misturados utilizando o solvente N, N Dimetilformamida. A suspensão foi então agitada por ultrassom e misturada via moinho de bolas, com posterior secagem da suspensão líquida em estufa a vácuo. Os pós foram então compactados uniaxial e isostaticamente antes de serem submetidos à sinterização a 1.350 °C para produção de corpos de prova. Os corpos de prova foram submetidos a ensaios a fim de caracterizar as propriedades físicas e mecânicas dos materiais, com medição da densidade baseada no princípio de Arquimedes, medida da retração linear, ensaios de flexão em cada amostra até a ruptura e ensaios de microdureza Vickers. Também foi realizado caracterização microestrutural dos pós compósitos, dos compósitos a verde e das superfícies de fratura dos corpos submetidos à flexão, por meio de microscopia eletrônica de varredura. A análise tanto dos pós cerâmicos quanto dos compósitos a verde mostrou uma boa dispersão dos nanotubos de carbono principalmente com 0,5 e 1,0% de nanotubos em massa na matriz cerâmica e também revelaram como os mesmos têm tendência a se aglomerar após os processos de mistura realizados à maiores concentrações (1,5 e 2,0% em massa). Os corpos de prova sinterizados apresentaram retração linear com média próxima a 20% em cada condição e densidade relativa em torno 94%, para a zircônia pura, e de 91%, para o compósito com 1,0% em massa de nanotubos de carbono, com uma queda para 84% nas amostras com 2,0%. Com relação as propriedades mecânicas, a tensão limite de resistência à flexão aumentou de 459 MPa para aproximadamente 486 MPa da zircônia pura para a com 1,0% de nanotubos de carbono, caindo para 250 MPa quando 2,0% de nanotubos foram adicionados, mostrando influência direta dos nanotubos nas propriedades mecânicas da cerâmica, diminuindo sua resistência mecânica. A análise fractográfica mostrou também que os nanotubos de carbono não oxidaram ou sumiram das superfícies de fratura dos compósitos sinterizados e, aliados aos diferentes resultados das propriedades mecânicas dos compósitos, é possível afirmar que a hipótese de que é possível se produzir compósitos de nanotubos de carbono com métodos convencionais de mistura e sinterização é válida e pode abrir uma nova opção na produção de compósitos à base de zircônia.
Desenvolvimento de um porta-ferramentas refrigerado internamente por meio de nanorefrigerante e análise da aplicação do efeito eletrohidrodinâmico
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2021-04-26) Fragelli, Renan Luis; Sanchez, Luiz Eduardo de Angelo [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A busca por alternativas ao uso dos fluidos de corte tem sido o foco de diversas investigações. Apesar de representarem uma solução em termos de lubrificação e refrigeração das ferramentas de corte, também podem ser responsáveis por problemas de saúde dos operadores, danos ambientais e por custos adicionais aos processos de fabricação. Sendo assim, a refrigeração indireta da ferramenta de corte surge como um método a ser considerado. Objetivo - Aumentar a capacidade de resfriamento da ferramenta de corte através do desenvolvimento de um porta-ferramentas refrigerado internamente por intermédio de refrigerante/nanorefrigerante e também da aplicação do Efeito Eletrohidrodinâmico, resultando na eliminação ou redução da necessidade de utilização do fluido de corte. Métodos - Produção e caracterização de nanorefrigerantes (R141b/Al2O3) com três diferentes concentrações de nanopartículas (0,25 %, 0,50 % e 0,75 %). Foi desenvolvida uma Câmara de Aquecimento, análoga ao porta-ferramentas, para aplicação do efeito Eletrohidrodinâmico (EHD) e avaliação de sua capacidade em reduzir a temperatura da ferramenta. Também se desenvolveu um porta-ferramentas com canais internos para circulação dos nanorefrigerantes, a fim de reduzirem a temperatura e o desgaste da ferramenta de metal duro, durante os ensaios no torneamento do aço AISI 1045. Resultados – Os nanorefrigerantes permaneceram estáveis por até 48 horas, suas viscosidades aumentaram entre 44 % e 64 % com a variação das concentrações analisadas e a condutividade térmica do nanorefrigerante de menor concentração aumentou 44 %. A aplicação do efeito EHD se mostrou positiva em todos os casos analisados, com incrementos no valor do coeficiente de transferência de calor (h) de até 19 %. Nos ensaios de usinagem, o método com refrigeração interna se mostrou superior ao corte a seco e à utilização do fluido de corte em praticamente todas as condições. Ocorreram reduções da temperatura da ferramenta entre 9,6 % e 37,1 % e incrementos entre 12,9 % e 80 % na quantidade de material removido. Conclusão – O sistema de refrigeração interna se mostrou viável para a redução ou eliminação da utilização dos fluidos de corte, assim como a aplicação de nanorefrigerantes e do efeito eletrohidrodinâmico podem potencializar os efeitos positivos da refrigeração interna e, consequentemente, aumentar a vida da ferramenta de corte.
Estudo da usinabilidade dos plásticos de engenharia: Polieteretercetona - PEEK, Polióxido de metileno - POM, Politetrafluoretileno - PTFE e Polietileno de ultra alto peso molecular - PEUAPM
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2020-12-17) Pereira, Luiz Eduardo Rodrigues; Valarelli, Ivaldo de Domenico [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
No mercado de usinagem de peças técnicas, a usinagem de plásticos de engenharia está aumentando gradativamente e ganhando espaço entre os materiais ferrosos, devido as altas tecnologias empregadas nestes materiais. A produção de ferramentas voltadas especialmente para este tipo de material, ainda não existe. A abundância de pesquisas, não alcançou a abrangência necessárias para despertar este interesse na indústria do setor. Nesta direção, este trabalho buscou apresentar resultados da usinagem de quatro plásticos de engenharia, o PEUAPM, o POM, o PTFE e o PEEK, apresentando a potência de corte durante o processo de usinagem com ferramentas monocortantes por torneamento com inserto de metal duro, analisando e comparando as forças de corte, consumo de energia e acabamento superficial, utilizando os mesmos parâmetros de usinagem para todos os materiais. A pesquisa nos mostra que, respeitadas as diferenças, as assimetrias encontradas na usinagem destes materiais, assemelha-se as encontradas nos materiais metálicos, que por sua vez, dispõe de uma grande variedade de ferramentas para usinagem e por isso justificaria que a indústria se inclinasse no sentido de produzir ferramentas para materiais poliméricos e seus compostos, que estão em constante evolução e tem contribuído para esta alternativa de processamento.
Caracterização das propriedades físicas e mecânicas dos painéis de teca com adição de pupunha
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2020-11-20) Dias, Larissa Galante; Valarelli, Ivaldo De Domenico [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Com a produção de painéis aglomerados, grande parte de madeiras provenientes de florestas plantadas de Pinus e algumas espécies de Eucalipto são consumidas no Brasil, dessa forma, surgiu-se a necessidade da busca por novas espécies a fim de suprir a alta demanda na fabricação desses painéis. Essa busca crescente, veio acompanhada da necessidade do aproveitamento de resíduos e de madeiras menos nobres, dessa forma conquistando produtos eficientes, que contribuem positivamente na minimização a degradação do meio ambiente. O presente trabalho teve como objetivo principal a criação de painéis aglomerados, que apresentassem as propriedades exigidas nas normas NBR-14810 (2013) e ANSI A208 (1999) com uma nova composição, a fim de utilizar resíduos, seguindo a linha sustentável, juntamente com material usual na produção de painéis. As matérias primas utilizadas foram: Teca (Tectona grandis) e Pupunha (Bactris Gasipaes Kunth). A Teca, por ser um material destaque na produção de painéis, devido à alta qualidade de sua madeira, e a Pupunha por ser uma palmeira com elevado grau de descarte de resíduos após a retirada do insumo, sendo um material de destaque ecológico aos pesquisadores, que buscam uma aplicação efetiva e eficiente para a Pupunha atendendo aos quesitos da sustentabilidade. O trabalho foi realizado confeccionando painéis aglomerados de Teca e Pupunha com densidade de 0,75 g/cm3 (painel de média densidade), para 4 tratamentos, sendo T1 – 100% Teca; T2 – 90% Teca + 10%Pupunha; T3 – 80% Teca + 20% Pupunha; T4 – 70% Teca + 30% Pupunha, utilizando 12% de adesivo à base de óleo de mamona, sendo ele classificado como impermeável e não agressivo ao meio ambiente e ao ser humano. Os painéis foram confeccionados através das etapas descritas na metodologia do trabalho, e após a confecção dos mesmos e preparação dos corpos de prova, foram realizados ensaios físicos (Teor de umidade, densidade, Absorção e inchamento em espessura) e ensaios mecânicos (Resistência à flexão estática, arrancamento de parafuso face e topo, dureza Janka, tração perpendicular e axial as fibras) conforme propostos pelas normas NBR 14810-2 (2013) e ANSI A208 (1999) para verificação das propriedades da nova composição dos painéis. Através de análise estatísticas foi possível verificar uma significância nos resultados apresentados para os ensaios mecânicos de flexão estática e tração perpendicular. Após o estudo dos resultados foi possível verificar as viáveis aplicações para esta nova composição de painéis aglomerados.
Caracterização mecânica e superficial da liga de titânio Ti-6Al-4V recoberta com hidroxiapatita
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2020-10-16) Estambasse, Eduardo Costa; Foschini, Cesar Renato [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
O desempenho clínico do implante fixado no osso é avaliado por muitos fatores, a forma do implante, composição química, propriedades mecânicas e de superfície do material a ser implantado. As propriedades da superfície são consideradas parâmetros importantes para a aceitação biológica do biomaterial, enquanto as propriedades mecânicas determinam a durabilidade e bem-estar do paciente. O titânio por possuir excelentes propriedades mecânicas, resistência à corrosão e interação com o osso é uma solução bem-vinda, entretanto pesquisas tem sido realizada com a intenção de melhorar e acelerar a integração entre o implante e o osso. Pode ser necessário um recobrimento com um material que desempenhe essa função, a alteração das superfícies de um determinado material pode ser usada para melhorar ainda mais a ligação óssea. Como alternativa para isso esta pesquisa utilizou dois materiais fundamentais para o processo de implante ósseo, uma liga de titânio como substrato e a hidroxiapatita para recobrimento. Neste trabalho foi realizado o recobrimento com a hidroxiapatita de barras cilíndricas em liga de titânio com 3 mm de diâmetro e 60 mm de comprimento, por meio de aspersão térmica empregando para isso a técnica experimental. Assim, foi estudado as características mecânicas do módulo elástico e superficial da liga Ti-6Al-4V (ASTM F136), a superfície da liga foi modificada da seguinte maneira: parte das amostras recebeu recobrimento com hidroxiapatita sem nenhuma alteração superficial, outro grupo de amostras recebeu jateamento com microesfera de vidro e recobrimento de hidroxiapatita. A técnica utilizada para o recobrimento experimental foi a aspersão térmica, que contou com o desenvolvimento e construção de um dispositivo eletromecânico automatizado que realizou a cobertura de todas as amostras. Após o jateamento e recobrimento com hidroxiapatita, os corpos de prova foram submetidos a caracterização superficial e propriedades mecânica. O ensaio para determinar o módulo elástico e a identificação do módulo de cisalhamento foi o método dinâmico e os valores tiveram significativa alteração para as amostras recobertas, o aumento resultou em 1 GPa. A caracterização superficial utilizou-se das técnicas de MEV/EDS, microscopia confocal e aferição da rugosidade que aumentou de 5 micras para 28 micras. A difração de raios-X revelou a fusão da HA sobre o substrato, já as imagens MEV apresentaram a superfície do substrato recoberto e a formação de poros com partes não fundidas do material. O dispositivo eletromecânico para realização dos recobrimentos mostrou-se eficiente e proporcionou a parametrização ideal para a realização de todos os ensaios com recobrimento.
Análise numérica e experimental de sistemas de transporte pneumático para adubadores agrícolas
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2020-11-03) Fogal, Marcelo Luiz de Freitas; Scalon, Vicente Luiz [UNESP]; Padilha, Alcides [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Este trabalho de tese apresenta um comparativo entre os resultados numérico e experimental das análises de dois diferentes tipos de rotores radiais utilizados em um sistema de adubação agrícola a uma rotação de 4000 rpm. Para validação da análise numérica realizaram-se experimentos em uma bancada de testes utilizando um anemômetro de fio quente para as medidas de velocidade e um tubo de Pitot para as tomadas de pressão de acordo com a norma para ensaios em laboratório. Após a validação experimental dos modelos matemáticos dos rotores em bancada de testes foi realizada uma simulação do sistema de aplicação do adubador agrícola para avaliar o comportamento da distribuição de ar ao longo dos bocais. O campo turbulento foi obtido com a média de Reynolds (Reynolds Averaged Navier Stokes - RANS) e o modelo de turbulência utilizado para o fechamento do conjunto de equações foi o modelo k-Épsilon de duas equações. O software de fluido dinâmica computacional CFX 18.1 foi utilizado para a obtenção das soluções das equações de transporte, que utiliza a técnica dos Volumes Finitos como método numérico. Em todos os modelos foram utilizadas malhas não estruturadas tetraédricas geradas pelo software comercial ICEM CFD 18.1. Os principais resultados mostraram que a metodologia empregada é adequada e apta a reproduzir o comportamento fluidodinâmico do escoamento do ar para este tipo de aplicação evitando a necessidade de protótipos.
On the design of electromechanical vibration isolators and energy harvesters
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2020-09-03) Kuhnert, Willian Minnemann; Gonçalves, Paulo José Paupitz [UNESP]; Cammarano, Andrea; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Isoladores de vibração convencionais são utilizados há muito tempo para isolar um receptor de uma fonte de distúrbios e, provavelmente, os exemplos mais populares de sua aplicação estão nos sistemas de suspensão veiculares, que são compostos essencialmente por molas e amortecedores. O elemento amortecedor é responsável por converter a energia mecânica, originada pelos distúrbios externos, em calor durante o processo de amortecimento. A ideia de recuperar parte desta energia tornou-se um assunto atrativo entre pesquisadores nas últimas décadas e o processo de coleta de energia tornou-se um tópico de destaque. Geralmente, a coleta de energia requer o uso de sistemas eletromecânicos, e muito trabalho tem sido realizado neste campo. Dentre as alternativas para a realização da coleta de energia está o amortecimento eletromagnético, fenômeno em que a literatura carece, de certo modo, de informações detalhadas sobre o seu funcionamento, geralmente focando mais em construir e testar novos dispositivos eletromecânicos do que em entendê-lo. Neste contexto, realizou-se um estudo da substituição do elemento amortecedor por circuitos elétricos acoplados ao sistema mecânico por meio de um transdutor de ímã permanente e bobina, ou, resumidamente de: amortecedores eletromagnéticos com circuito elétrico. Os objetivos foram o de entender os efeitos do amortecimento eletromagnético nos sistemas eletromecânicos pelo fornecimento de expressões de projeto para diversas situações considerando os sistemas lineares e, por último, entender os efeitos decorrentes da introdução de rigidezes não-lineares com comportamento de enrijecimento e amaciamento ao sistema, analisando os prós e contras com relação à dinâmica e as capacidades de isolamento de vibração e coleta de energia comparadas aos sistemas lineares. Diferentes circuitos elétricos foram considerados para estudar os sistemas lineares, e os casos de vibração livre e forçada foram estudados para a obtenção de amortecimento crítico e ótimo que reduzem o máximo pico nas funções de resposta em frequência sob a metodologia de Den Hartog. O amortecimento ótimo para excitação de ruído branco e as condições de coleta de energia ótima foram obtidas utilizando procedimentos padrões de diferenciação. Os resultados para o sistema linear acoplado a um dos circuitos elétricos estudados foram validados experimentalmente, com boa conformidade entre os dados numéricos e experimentais das funções de resposta em frequência. Além disso, as rigidezes não-lineares foram introduzidas aos sistemas eletromecânicos, onde o estudo foi realizado pela computação das curvas \textit{backbone}, diagramas de bifurcação e bacias de atração pelo uso de métodos de continuação e integração numéricos, e balanço harmônico. As expressões de projeto foram obtidas e tabeladas para facilidade de referência, e as principais conclusões foram que o elemento amortececedor pode ser completamente substituído pelo amortecedor eletromagnético; o circuito elétrico acoplado tem grande influência na dinâmica do sistema, até mesmo introduzindo o efeito de relaxamento; a não-linearidade de amaciamento melhora o isolamento de vibração; a de enrijecimento pode ser utilizada para alargar a banda de coletores de energia pela sintonização nas respostas isoladas encontradas e; tais respostas são um risco para o isolamento de vibração conforme a severidade da não-linearidade aumenta.
Simulação de fraturamento hidráulico em rochas naturalmente fraturadas usando a Técnica de Fragmentação da Malha com acoplamento hidromecânico
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2020-08-03) Cleto, Pedro Rogério; Manzoli, Osvaldo Luís [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
O fraturamento hidráulico é uma técnica de estimulação de reservatórios principalmente utilizada na indústria de petróleo. A técnica consiste em injetar um fluido altamente pressurizado no poço com o objetivo de induzir fraturas no reservatório facilitando o escoamento do hidrocarboneto e, consequentemente, aprimorando a produção. Entretanto, esse é um processo complexo que pode ser influenciado por condições adversas, tais como: variações nas tensões in situ, perda de fluido da fratura para a matriz porosa e interações entre fraturas induzidas e preexistentes. Esse trabalho apresenta um novo método numérico para modelagem e simulação de fraturamento hidráulico em meios porosos deformáveis com base na Aproximação Contínua de Descontinuidades Fortes, onde elementos de interface com elevada razão de aspecto são utilizados para descrever o comportamento da fratura. O modelo constitutivo mecânico de tais elementos é baseado em um modelo de dano à tração escalar isotrópico e o escoamento de fluido na fratura é estabelecido pela lei cúbica. Dentre as vantagens do método proposto, destaca-se sua incorporação relativamente simples em códigos que já utilizam o Método dos Elementos Finitos. As análises realizadas foram validadas com soluções analíticas e demonstraram que os elementos de interface com elevada razão de aspecto podem ser aplicados a cenários 2D e 3D. Tal metodologia não necessita de um elevado grau de refinamento de malha para reproduzir a formação e propagação de fraturas induzidas hidraulicamente. Além disso, associando os elementos de interface com elevada razão de aspecto à Técnica de Fragmentação da Malha, é possível simular a evolução de múltiplas fraturas.
Estudo do comportamento físico e mecânico de painéis aglomerados fabricados com partículas de Tectona grandis e Corymbia citriodora.
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2020-07-13) Celestino, Valter Roberto de Brito; Valarelli, Ivaldo De Domenico [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A diretriz deste trabalho foi a confecção de painéis aglomerados em laboratório, utilizando partículas de madeira Corymbia citriodora e da madeira Tectona grandis, popularmente conhecida como teca, variando a granulometria dos cavacos e utilizando a resina poliuretana à base de óleo de mamona AG101, sob processo de prensagem a 110 º C e 190 bar de pressão. A densidade alvo foi estabelecida em 750 kg/m³, definindo-o como painel de média densidade, onde foram fabricados 5 traços com adições diferentes de material, com o painel T1 com 100% de partículas de Corymbia, T2 com 75% Corymbia e 25% teca, T3 contendo 50% Corymbia e 50% teca, o painel T4 contendo 25% Corymbia e 75% teca e o quinto painel contém100% de partículas de teca. Para avaliação das qualidades dos painéis construídos, foram realizados ensaios físicos e mecânicos destrutivos e não destrutivos estabelecidos pelas normas NBR 14810-2 (2013), NBR 14810-2 (2002) e ANSI A 208.1 (1993), ensaios não destrutivos de densitometria de raios-X e análise tridimensional dos painéis pelo ensaio de Microtomografia de raio X. A resina PU utilizada na proporção de 10% do peso total do material seco contribuiu com o aumento da resistência mecânica e resistência quanto absorção de água, inchamento e estabilidade nos teores de umidade e respondeu muito bem aos ensaios mecânicos com aplicação de carga, como atestado pela literatura voltada a adesivos indissolúveis. Todos os painéis contendo adição de Tectona grandis em sua composição obtiveram resultados dentro dos requisitos, enquanto o painel T1 e 100% Corymbia não apresentou valores que suprissem a maioria das exigências da NBR 14810-2 (2013). Os ensaios de densitometria mostraram uma excelente conformidade e homogeneidade quanto a densidade estrutural dos painéis, e a avaliação estrutural por microtomografia proporcionou uma análise mais precisa da estrutura tridimensional e o mapeamento de espaços em vazio e detalhes como falhas de preenchimento e falhas de adesão do adesivo no interior dos painéis de partículas aglomeradas.
Produto de bambu scrimber projetado para aplicações em vigas estruturais
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2020-06-25) Salvadeo, Vitor Manoel; Valarelli, Ivaldo De Domenico [UNESP]; Morales, Elen Aparecida Martines [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
O grande avanço científico e tecnológico das últimas décadas vem propiciando o desenvolvimento de novos produtos de Engenharia construídos com bambu para a utilização na construção civil. Neste contexto, o presente estudo teve como objetivo desenvolver e avaliar blocos de Bambu scrimber para aplicações estruturais, composto por ripas de bambu da espécie Bambusa vulgaris dispostas em paralelo com o comprimento do colmo e coladas com o adesivo poliuretano à base de óleo de mamona e prensadas a quente sob pressão de 195 bar durante 30 min a uma temperatura de 120° C. Foram investigadas as propriedades físicas (umidade, densidades e estabilidade dimensional) e as propriedades mecânicas (compressão paralela às fibras, tração paralela às fibras e flexão) de acordo com as normas da ABNT NBR 7190:1997- Anexo B, para avaliar se existem equivalências entre essas propriedades com as de algumas madeiras (coníferas nativas e dicotiledôneas nativas) e o Bambu Laminado Colado (BLC) e também avaliar a eficiência do adesivo a base de óleo de mamona através de ensaios não destrutivos com auxílio da microscopia óptica. Observou-se que o bloco de Bambu scrimber possui alta densidade na faixa de 910 kg/m3; que as variações dimensionais na direção longitudinal axial foram desprezíveis, enquanto que, a variação na direção radial foi superior à tangencial para a retração e inchamento. Comparou-se suas resistências mecânicas (MOR – módulo de ruptura e MOE- módulo de elasticidade) com algumas madeiras, obtendo-se resultados semelhantes ou em alguns casos superior. Em relação ao BLC, suas resistências (MOR) mostraram-se semelhantes à compressão e muito inferior à tração e, próximas para à flexão, porém, seus módulos de elasticidade (MOE) à compressão e flexão são similares e inferior à tração. O adesivo bicomponente de mamona e a pressão de colagem utilizadas mostraram-se satisfatórios para a confecção do Bambu scrimber. Sua aplicabilidade é possível na construção civil leve, na produção de móveis/mobiliários e estufas para plantações.

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